JP4250023B2 - 弾性部材および紙送りローラ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像形成装置に用いられる紙送りローラに関し、特に紙送りローラの摩耗時に生じる表面状態を改良して摩擦係数を維持できるようにし、インクジェットプリンター、複写機等の画像形成装置の紙送りローラにおいて紙粉の付着による摩擦係数低下を抑制するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタ、レーザープリンタ、静電気式複写機、普通紙ファクシミリ装置等のＯＡ機器や自動預金支払機（ＡＴＭ）等の紙送り機構において、紙やフィルム等の搬送物をピックアップし、分離する等の目的で紙送りローラが用いられている。
紙送りローラは、紙やフィルム等の搬送物を送るための搬送力を必要としており、ある一定以上の摩擦係数が要求されるが、搬送時に紙粉等の搬送物に起因する異物が付着し摩擦係数が低下する問題がある。
【０００３】
よって、従来、搬送物から出る紙粉等の数ｎｍ程度の異物を、紙送りローラと搬送物との接触面へ付着させないために、深さ及び幅が数ｍｍ程度のローレット溝等の溝部を紙送りローラの外周面に設けることが行われている。しかし、紙送りローラの外周面に、幅が数ｍｍ程度の溝部を設けると、紙送りローラと搬送物の接触面積が大きく減少するため、摩擦係数が低下するという問題がある。また、摩耗により上記溝部の深さが浅くなり、繰り返しの使用により溝部が消滅すると、異物の付着を防止することができず摩擦係数が低下し、耐久性が劣る問題がある。 昨今、複写機、プリンタ等の画像形成装置の寿命が伸び、要求される耐久性のレベルが高くなっている上に、部品点数の削減によって高荷重下で使用されることが多くなっている。従って、紙送りローラの耐久性をさらに向上させることが要望されている。
【０００４】
ゴムローラ等の形成材料は従来より研究開発され、ポリアミド系熱可塑性樹脂等の樹脂成分をマトリクスとし、ゴム成分を分散させたものが種々提案されている。
例えば、特開２０００−１２９０４７号公報（特許文献１）に提案された熱可塑性エラストマー組成物では、ポリアミド系エラストマーがマトリクス相、エチレン−アクリル酸エステル共重合体ゴム成分が分散相としている。
また、特開平１０−２５１４５２号公報（特許文献２）で提案されているゴム組成物では、水素添加ＮＢＲエラストマーマトリクス中にナイロンよりなる微粒子が分散して存在し、官能基含有エチレン系共重合体を含有させている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１２９０４７号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平１０−２５１４５２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の組成物は、ポリアミド系エラストマー又は熱可塑性樹脂がマトリクス相となり、ゴムが分散相となっているため、全体硬度が高くなり、摩擦係数が低下しやすく、良好な耐摩耗性を実現できないという問題がある。また、溶融プレスすることでポリアミド樹脂が流動し、相分離が進行してしまうという問題がある。特に、紙送りローラとして用いる場合には硬度が高くなりすぎて十分な搬送力が出ず、実用に適さないという問題がある。
【０００８】
また、特許文献２の組成物は、組成物中にナイロンよりなる微粒子が分散しているものの、粒子の分散状況によっては耐摩耗性が悪くなるという問題がある。例えば、紙送りローラとして用いる場合には、十分な摩擦係数が得られず、十分な搬送力が出ないため、実用に適さないという問題がある。
【０００９】
本発明は上記した問題に鑑みてなされたものであり、摩擦係数が高く、その高い摩擦係数が保持されると共に、耐久性にも優れた画像形成装置に用いられる紙送りローラを提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、第１に、エラストマーからなるマトリクス中に、該マトリクスよりも耐摩耗性を有する高極性ポリアミド系熱可塑性樹脂がナノ分散化され、
上記エラストマーと上記樹脂との体積比（エラストマー：樹脂）が９９．９：０．１〜８７．５：１２．５とされ、
上記マトリクスの表面露出部分は摩耗時に溝形成部分とされると共に上記樹脂は突起として残存して摩擦係数維持部分とされる構成よりなることを特徴とする画像形成装置に用いられる紙送りローラを提供している。
【００１１】
即ち、紙送りローラの表面が摩耗された場合に、ナノ分散させて配置した樹脂はマトリクスであるエラストマーと比較して摩耗量が少ないことより、マトリクスの部分が摩耗されて溝となり、分散された樹脂は突起として残存する。
形成される溝は紙粉等の異物を取り込み、表面露出部分に異物が付着するのを防止できる一方、残存する樹脂が摩擦係数維持部分として機能させ、長期に渡って高摩擦係数を維持させて耐久性を高めることができる。
【００１２】
また、紙送りローラが摩耗することにより形成される溝や突起は、数ｎｍ〜数百ｎｍのｎｍオーダーと非常に微小であるため、溝や突起の存在により摩擦対象物との接触面積が減少されることなく、摩擦係数を維持することができる。なお、この溝や突起は、摩耗の繰り返しによりその一部が消滅しても、さらなる摩耗により他の新たな溝や突起が形成されるため、摩擦係数低下の抑制効果を持続することができる。
かつ、本発明の紙送りローラは、エラストマーがマトリクスであるために、良好な柔軟性を長期に渡って得ることができる。よって、初期状態のみならず、長期に渡って高摩擦係数と柔軟性の両立を実現することができる。
【００１３】
マトリクスよりも耐摩耗性を有する樹脂を、エラストマーからなるマトリクス中に、平均粒径１μｍ未満でナノ分散化させているのは、平均粒径が大きすぎると摩耗時にエラストマーと上記樹脂の界面にクラックが生じやすくなると共に、圧縮永久ひずみが大きくなってしまうためである。
なお、上記平均粒径とは、後述の方法により、走査型プローブ顕微鏡で評価して得た値である。
上記マトリクスよりも耐摩耗性を有する樹脂としては高極性ポリアミド系熱可塑性樹脂が好ましく、引裂強度等の機械的強度に優れ、高摩擦係数が得られると共に、極性を有しているため、親和性にも優れた紙送りローラとすることができる。
【００１４】
エラストマーと、上記樹脂との体積比を（エラストマー：樹脂）＝（９９．９：０．１）〜（８７．５：１２．５）とすることにより、摩耗時の溝形成部分と摩擦係数維持部分のバランスを非常に良好なものとすることができ、摩耗の繰り返しにより溝や突起が良好な状態で形成され得る。
エラストマーの体積分率を上記範囲より少なくした場合、樹脂の分散相が密となる、あるいは、樹脂がマトリクス相となってしまい良好な柔軟性が得られないことに因る。一方、エラストマーの体積分率を上記範囲より多くした場合、エラストマーが多すぎて樹脂の分散によって生み出される特性が損なわれる。上記体積比は、より好ましくは（９９．０：１．０）〜（９２．０〜８．０）である。
エラストマーの体積とは、油展ゴムの場合は、ゴム及びその油展オイルの合計である。同様に、樹脂の体積とは、油展樹脂の場合は、樹脂及びその油展オイルの合計である。また、ゴム及び樹脂共に、その中に溶解する可塑剤、相容化剤を用いる場合には、それらを加えた合計の体積である。なお、樹脂の量が多くなるほど、粒径は大きくなりやすく、均一な微分散も行いにくくなる。
【００１５】
また、本発明の紙送りローラにおいて、上記ナノ分散化される樹脂は、数十ｎｍサイズの小ドメインと数百ｎｍサイズの大ドメインとの二種類からなることが好ましい。
紙送りローラの耐摩耗性試験の結果から考察した結果、数十ｎｍサイズの小ドメインが耐摩耗性を向上させ、数百ｎｍサイズの大ドメインが摩擦係数を向上させることが判明している。特に、数百ｎｍサイズの大ドメインが突起として残存し摩擦係数維持部分とされると、引っ掻き効果がより高く、摩擦係数の維持性能がより高くなる。このように、大小２種類のドメインが混在することで、耐摩耗性を高めると共に、高摩擦係数を実現でき、両性能をバランス良く向上することができる。
【００１６】
上記小ドメイン、大ドメインは、球形、繊維形、柱形、楕円形等の形状は特定されない。また、小ドメインと大ドメインは、各々が偏在せず均等に分散しているのが好ましい。
上記小ドメインと大ドメインの体積比は、（小ドメイン：大ドメイン）＝（３０：７０）〜（７０：３０）であることが好ましい。
上記範囲としているのは、上記範囲より小ドメインが少ないと、耐摩耗性を向上させにくいためであり、一方、上記範囲より小ドメインが多いと、摩擦係数を向上させにくいためである。
【００１７】
ポリアミド系熱可塑性樹脂としては、汎用樹脂で且つ比較的低コストである点と末端アミノ基を利用してマレイン酸変性ポリマーにグラフト化させて効率よく相容化できる点から、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１１、ナイロン１２等のナイロン樹脂を好適に用いることができる。また、ブリードが発生しない範囲内で搬送力向上のためにポリアミド系熱可塑性樹脂を油展することもでき、油展する可塑剤の添加量は樹脂１００重量部に対して５重量部以上１５０重量部以下、好ましくは１０重量部以上１００重量部以下であるのが良い。
【００１８】
エラストマーとポリアミド系熱可塑性樹脂との相容化剤として、マレイン酸変性ポリマーを用いていることが好ましい。該相容化剤を用いることにより、通常、相容性の小さいジエン系ゴム、あるいはＥＰＭ、ＥＰＤＭ等のエラストマーと少量のポリアミド系熱可塑性樹脂とを効果的にアロイ化することができる。
特に、マレイン酸変性ポリマーを用いることにより、マレイン酸変性ポリマーの分子中に含む無水マレイン酸の部分が、ポリアミド系熱可塑性樹脂の末端のアミノ基と反応して、グラフト化した相容化剤をつくるため、非常に効率良く、ジエン系ゴム、あるいはＥＰＭ、ＥＰＤＭ等のエラストマーとポリアミド系熱可塑性樹脂を相容化することができる。
【００１９】
マレイン酸変性ポリマーとしては、エチレンエチルアクリレート（ＥＥＡ）のマレイン酸変性物、マレイン酸変性エチレンプロピレンゴム、マレイン酸変性エチレンプロピレンジエンゴム、マレイン酸変性スチレン系熱可塑性エラストマー等が挙げられ、マレイン酸変性エチレンプロピレンゴムあるいはマレイン酸変性スチレン系熱可塑性エラストマーを用いると、物性の悪化が少なく、より良好な紙送りローラを作製できる。これらの中でも、特にマレイン酸変性エチレンプロピレンゴムが好適に用いられる。
【００２０】
このように、エラストマーとポリアミド系熱可塑性樹脂との相容性を高めるために相容化剤が配合されると、架橋反応を伴う溶融プレス及び成形後もポリアミド系熱可塑性樹脂がナノ分散化する。よって、溶融プレスしてもポリアミド系熱可塑性樹脂が流動し相分離が進行することがなく、良好な分散状態を得ることができる。
【００２１】
また、エラストマーと樹脂の界面で、相容化剤と樹脂が反応すると、グラフトポリマーを形成する。そして、その界面より引き抜かれたグラフトポリマーが数十ｎｍサイズの小ドメインとなり、引き抜かれずに残った樹脂のドメインが数百ｎｍサイズの大ドメインとなる。これにより、樹脂の平均粒径が数十ｎｍサイズの小ドメインと数百ｎｍサイズの大ドメインの２種類が混在することとなる。
【００２２】
相容化剤は、ポリアミド系熱可塑性樹脂（油展樹脂の場合はオイルを除く樹脂分）の重量の０．１倍以上１．０倍以下の割合で配合されているのが良い。さらには、０．２倍以上０．７倍以下が好ましい。
上記範囲としているのは、上記範囲より少ないとポリアミド系熱可塑性樹脂の界面で反応する相容化剤の量が足りず、微分散されにくいためである。一方、上記範囲より多いと材料の特性（物性）が相容化剤の影響を受ける場合がある上に、相容化剤は高価な場合が多く、コスト高になりやすいためである。
【００２３】
エラストマーとしては、従来公知のゴムあるいは／及び熱可塑性エラストマーを用いることができるが、ジエン系ゴム、あるいはＥＰＭ、ＥＰＤＭから選択される１種以上のゴムを用いることが好ましい。
特に、エラストマーとしては、主鎖が飽和炭化水素からなり、主鎖に二重結合を含まないため、高濃度オゾン雰囲気、光線照射等の環境下に長時間曝されても、分子主鎖切断が起こりにくく、耐候性に優れるという理由からエチレンプロピレンジエン共重合体ゴム（ＥＰＤＭ）を用いることが好ましい。
その他、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ）等を１種または複数種用いることができる。なお、上記エラストマーとしては、スチレン系、オレフィン系等の各種熱可塑性エラストマーを用いても良い。
ジエン系ゴムあるいはＥＰＭ、ＥＰＤＭを油展あるいは軟化剤と共に用いることにより、低硬度を実現し、高い搬送力を実現することができる。これらジエン系ゴムあるいはＥＰＭ、ＥＰＤＭは、有機過酸化物等による架橋が容易である。
【００２４】
硫黄架橋、過酸化物架橋、樹脂架橋から選択される少なくとも１種の架橋方法により架橋されている。なかでも、ブルームを起こし難く、圧縮永久歪みも小さくなるという理由から、過酸化物架橋又は樹脂架橋が好ましい。なお、硫黄架橋としても良い。
【００２５】
過酸化物架橋に用いられる過酸化物としては、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）へキシン−３、ジクミルパーオキサイド、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）３，３，５−トリメチルシクロへキサン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）へキサン、ベンゾイルパーオキサイド、２−５ジメチル２−５ジ（ベンゾイルパーオキシ）へキサン、ジ−ｔ−ブチルパーオキシ−ｍ−ジイソプロピルベンゼン、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、ｔ−ブチルパーオキシクメン、ジ−ｔ−ブチルパーオキシド等が挙げられる。各種の過酸化物を、ポリアミド系熱可塑性樹脂の融点や軟化点，混練機内の滞留時間に応じて選択することができる。
通常、過酸化物の配合量は、エラストマー（油展ゴムの場合はオイルを除くゴム分）１００重量部に対して０．１重量部以上３０重量部以下が好ましく、０．５重量部以上１０重量部以下が特に好ましい。
【００２６】
過酸化物架橋を行う場合には、疲労特性等の各種機械的物性を改良、調整したり、架橋密度を向上させる目的で、トリアリルイソシアヌレート（ＴＡＩＣ）、トリアリルシアヌレート（ＴＡＣ）、トリメチロールプロパントリメタクリレート（ＴＭＰＴ）、エチレングリコールジメタクリレート（ＥＤＭＡ）、Ｎ−Ｎ’−ｍ−フェニレンビスマレイミド等の多官能性モノマー等の架橋助剤を用いても良いし、必要に応じて、樹脂架橋や硫黄架橋と併用してもよい。
【００２７】
樹脂架橋では樹脂架橋剤が用いられるが、樹脂架橋剤は加熱等によってゴムに架橋反応を起させる合成樹脂であり、硫黄と加硫促進剤とを併用した場合に生ずるブルームの問題が起らないので好ましい。特に、樹脂架橋剤としてフェノール樹脂を用いると給紙性能を高めることができる。その他の樹脂架橋剤としては、メラミン・ホルムアルデヒド樹脂、トリアジン・ホルムアルデヒド縮合物、へキサメトキシメチル・メラミン樹脂等が挙げられる。
通常、樹脂架橋剤の配合量は、エラストマー（油展ゴムの場合はオイルを除くゴム分）１００重量部に対して１重量部以上５０重量部以下が好ましく、６重量部以上１５重量部以下が特に好ましい。
【００２８】
本発明における架橋又は部分架橋（動的架橋）は、塩素、臭素、フッ素、ヨウ素等のハロゲンの存在下で行ってもよい。動的架橋時にハロゲンを存在させるには、ハロゲン化された樹脂架橋剤を用いるか、紙送りローラは中にハロゲン供与性物質を配合してもよい。ハロゲン化された樹脂架橋剤としては、上記の各付加縮合型樹脂がハロゲン化されたものが挙げられる。
また、架橋反応を適切に行うために架橋助剤（活性剤）を用いてもよい。架橋助剤としては金属酸化物が使用され、特に酸化亜鉛、炭酸亜鉛が好ましい。
【００２９】
上記樹脂は、リアクティブブレンド手法によりアロイ化され微分散されていることが好ましい。リアクティブブレンド手法とは溶融混練と相容化を導く化学反応を同時に進行させる手法であり、優れた機械的特性が得られ、材料に新たな機能を付与することができる。
【００３０】
本発明の紙送りローラは、ＪＩＳ６２５３のＡ型硬度計で測定した硬度が１５度〜６０度であることが好ましい。これにより、摩耗時に溝や突起が形成されやすく、柔軟性と高摩擦係数とを両立することができる。特に、好ましくは２０度〜５５度、さらに好ましくは２０度〜５０度の範囲であるのが良い。この範囲とすると、紙送りローラを比較的小さい圧接力で紙やフィルムに押付けても紙送りローラが充分に変形し、紙やフィルムとの間に大きい接触面積を得ることができる。
【００３１】
軟化剤としてはオイル、可塑剤が挙げられるが、低極性のものが特に好適に用いられる。オイルとしては、例えばパラフィン系、ナフテン系、芳香族系等の鉱物油や炭化水素系オリゴマーからなるそれ自体公知の合成油、またはプロセスオイルを用いることができる。合成油としては、例えば、α−オレフィンとのオリゴマー、ブテンのオリゴマー、エチレンとα−オレフィンとの非晶質オリゴマーが好ましい。特にパラフィン系オイルは揮発性が小さいため取り扱いやすく定量した量を確実に添加することができるので好ましい。
可塑剤としては、例えば、ジオクチルフタレート（ＤＯＰ）、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）、ジオクチルセパケート（ＤＯＳ）、ジオクチルアジペート（ＤＯＡ）、トリクレジルフォスフェート等をゴムとの相溶性が悪化させない範囲で１種または複数種用いることができる。
【００３２】
上記エラストマー１００重量部に対して１０重量部以上６００重量部以下の軟化剤が配合されていることが好ましい。
具体的には、軟化剤がオイルである場合、ゴム１００重量部に対して１５重量部以上６００重量部以下、好ましくは２５重量部以上４００重量部以下であるのが良い。
オイルが１５重量部より小さいと硬度が高くなりすぎることがあり、紙送りローラとしての適度な硬度を得にくくなるためである。一方、６００重量部より大きいと、紙送りローラの表面からオイルがブリードしてきたり、あるいはオイルが架橋阻害を起こして、ゴム分が十分に架橋されず、物性が低下するという問題があるためである。
また、軟化剤が可塑剤である場合、ゴム１００重量部に対して１０重量部以上５００重量部以下、好ましくは、１５重量部以上４００重量部以下であるのが良い。
【００３３】
また、紙送りローラ中には上記の配合剤以外に、必要に応じて、老化防止剤、ワックス等を配合することができる。老化防止剤としては、例えば、２−メルカプトベンゾイミダゾールなどのイミダゾール類、フェニル−α−ナフチルアミン、Ｎ，Ｎ−ジ−β−ナフチル−Ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ−フェニル−Ｎ’−イソプロピル−Ｐ−フェニレンジアミンなどのアミン類、ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール、スチレン化フェノールなどのフェノール類等が挙げられる。なお、複数種の老化防止剤を用いることが好ましい。
老化防止剤の配合量は、エラストマー（油展ゴムの場合はオイルを除くゴム分）１００重量部に対して０．５重量部以上１０重量部以下が好ましく、１重量部以上３重量部以下が特に好ましい。
【００３４】
ゴムは油展ゴムで分子量が極力大きいものが好ましく、例えば、具体例として、住友化学工業株式会社製エスプレン６７０Ｆ、同じくエスプレン６０１Ｆ及び出光ＤＭＳ社製ケルタン５０９×１００等が挙げられる。
ゴムを油展する場合、油展されるオイルの添加量は、硬度と搬送力の観点より、ゴム１００重量部に対して１５重量部以上６００重量部以下、好ましくは２５重量部以上４００重量部以下であるのが良い。
【００３５】
紙送りローラの機械的強度を向上させるために、必要に応じて、充填剤を配合することができる。充填剤としては、例えば、シリカ、カーボンブラック、クレー、タルク、炭酸カルシウム、二塩基性亜リン酸塩（ＤＬＰ）、塩基性炭酸マグネシウム、アルミナ等の粉体を挙げることができる。充填剤を配合する場合、充填剤は紙送りローラの全体当たり３０重量％以下とするのが好ましい。これは充填剤の配合はゴムの引っ張り強度及び引き裂き強度の改善には有効であるものの、余り多く配合するとゴムの柔軟性を大きく低下させるためである。
【００３６】
また、エラストマーは、ゴム等と、可塑剤、その他必要に応じて相容化剤、老化防止剤等とを混練機等で混入したマスターバッチとして配合していることが好ましい。これにより、作業性が向上すると共に、分散性を高めることができる。なお、ポリアミド系熱可塑性樹脂についても同様に、マスターバッチとして配合することが好ましい。
【００３７】
樹脂マスターバッチは、例えば、２軸押し出し機、ニーダー又はバンバリーミキサー等を用い、ポリアミド系熱可塑性樹脂中に相容化剤等を練り込み、１６０℃〜２８０℃、１分間〜２０分間混練し、その後、通例の方法によりペレット化している。
ゴムマスターバッチは、例えば、２軸押し出し機、ニーダー又はバンバリーミキサー等を用い、ジエン系ゴム、あるいはＥＰＭ、ＥＰＤＭ等のゴム成分に必要に応じてパラフィンオイル等の可塑剤、相容化剤、老化防止剤、フィラー等を練り込み、２０℃〜２５０℃、１分間〜２０分間混練し、通例の方法によりペレット化している。
なお、相容化剤は樹脂マスターバッチの中に高温中で練り込んで、それがマレイン酸変性ポリマーの場合、先にポリアミド系熱可塑性樹脂の末端のアミノ基と反応させてから、ポリマーブレンドを行っても良いし、ポリマーブレンド時にゴムマスターバッチや樹脂マスターバッチにドライブレンドして加えても良い。
【００３８】
本発明は、画像形成装置に用いられる紙送りローラを提供している。
具体的には、略円筒状あるいは円柱状とされたローラの外周面が、紙送り時にドラムと摺接して摩耗するため、ローラの外周面においてマトリクスの表面露出部分が溝形成部分となり、樹脂のローラの外周面に残存した突起が摩擦係数維持部分となる。上記溝は樹脂分散形状にもよるが、摩耗方向と略平行な溝となる。
上記した紙送りローラは、高摩擦係数と低硬度を実現することができる上に、繰り返し使用後にも高摩擦係数が維持され、より高い搬送力が得られ、耐久性にも優れたものとなる。
【００３９】
上記紙送りローラは、エラストマーの体積分率を８７．５より少なくした場合、硬度が高くなりすぎて十分な搬送力が出ず、実用に適さない。他方、エラストマーの体積分率を９９．９より多くした場合、ポリアミド系熱可塑性樹脂によって生み出された高搬送力の特性が損なわれる。
【００４０】
紙送りローラは円筒状に成形した状態で、肉厚は０．５ｍｍ〜２０ｍｍ、好ましくは１ｍｍ〜５ｍｍとしている。これは、肉厚０．５ｍｍより小さいと、紙送りローラが変形しても紙との間に大きな接触面積が形成され難い。一方、肉厚が２０ｍｍを越えると、ローラを変形させるために紙送りローラの紙への圧接力を大きくしなければならず、紙送りローラを紙に圧接させるための機構が大型化するためである。なお、紙送りローラの中空部には軸芯を圧入するか、あるいは接着剤で接合して固定している。
【００４１】
上記紙送りローラの成形は、例えば、前記ゴムマスターバッチのペレット、樹脂マスターバッチのペレット、亜鉛華、老化防止剤、フィラー等の所要の添加剤を２軸押し出し機に投入し、１６０℃〜２８０℃で加熱しながら１分間〜２０分間混練してエラストマーとポリアミド系熱可塑性樹脂をブレンドした後押し出す。次いで、この押し出した材料に架橋剤を、オープンロールによって混練した後、１７０℃〜２３０℃で熱プレス成形する。その後、所要寸法にカットを行い、紙送りローラとしている。なお、必要に応じて紙送りローラの表面を研磨して用いても良い。
【００４２】
また、紙送りローラには、紙を送る目的で紙送りの方向に回転させて使うローラ（ナジャー（１本で使用）、フィード（後述するリタードと２本セットで使用））と、紙の重送を防止する目的で紙送りの方向と逆の方向にトルクをかけて使用するローラ（リタード）の三種類があるが、各種類のローラに使用することができる。なお、紙送りローラの形状は、円筒形状、その他Ｄ字形状等の異形ローラ等の種々の形状とすることができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１（Ａ）は本発明の弾性部材１０を用いて形成された円筒状の紙送りローラ１を示し、その中空部に軸芯２が圧入されて取り付けられている。
上記紙送りローラ１は図１（Ｂ）に示すように、プリンターの給紙機構にセットされる。該給紙機構は給紙トレイ３の上面に分離シート４を備え、該分離シート４の上部に給紙ローラ１が配置されると共にトレイ３の下面にバネ（図示せず）が当接され、分離シート４が給紙ローラ１に向けて付勢されている。分離シート４と給紙ローラ１との合いには紙Ｓの先端部分が挟まれ、給紙ローラ１が図中矢印Ｒ方向に回転することにより、紙Ｓが１枚づつが画像形成機構に向けて送り出される構成とされている。
よって、紙送りローラ１は、分離シート４に付勢されて紙送りローラ１側に押圧されながら搬送される紙と摺接し、この摺接の繰り返しにより、紙送りローラ１の表面が摩耗していくこととなる。
【００４４】
図２は普通紙２００００枚を通紙した後の紙送りローラ１の外周面である弾性部材１０の摩耗面１０ａの拡大模式図である。
【００４５】
上記紙送りローラ１を形成する弾性部材１０は、エラストマーからなるマトリクス１１中に、マトリクス１１よりも耐摩耗性を有する樹脂１２がナノ分散化されており、マトリクス１１の表面露出部分は摩耗時に溝形成部分１１Ａとされると共に、樹脂１２は突起Ｔとして残存して摩擦係数維持部分１２Ａとされる構成よりなる。
本実施形態では、エラストマーとして油展ＥＰＤＭ（ゴム：オイル＝１：１）を用い、この油展ＥＰＤＭからなるマトリクス中に、油展ＥＰＤＭよりも耐摩耗性を有するポリアミド系熱可塑性樹脂である油展ナイロン樹脂を平均粒径１μｍ未満でナノ分散化させている。
【００４６】
エラストマーからなる溝形成部分１１Ａは、ナノ分散化された上記樹脂以外の部分であるためランダムな箇所であるが、紙Ｓとの摩擦の繰り返えしで摩耗して形成される微細な溝Ｍは、主に摩耗方向Ｌである紙送りローラ１の回転方向と略平行で、かつ、摩耗面１０ａとなるローラ表面の全面にほぼ均等に形成される。溝Ｍの深さ、幅、長さは数ｎｍ〜数百ｎｍ程度のｎｍオーダーとされ、紙から発生する微小な異物である紙粉Ｓａを取り込める深さ及び幅となっている。
摩擦係数維持部分１２Ａとなる突起Ｔは、摩耗面１０ａの全面にほぼ均等に点在するように形成され、摩耗面１０ａには溝Ｍと突起Ｔがバランス良く形成されることとなる。
【００４７】
一方、ナノ分散化された樹脂１２は、エラストマーよりは摩耗が遅れるため、微小な突起Ｔとして残存する。突起Ｔの高さ及び径は数ｎｍ〜数百ｎｍ程度のｎｍオーダーとされている。樹脂１２は、図２（Ｄ）に示すように、平均粒径が数十ｎｍサイズの小ドメイン１２ａと、平均粒径が数百ｎｍサイズの大ドメイン１２ｂの２種類からなり、マトリクス１１中に各々偏在せず均等に分散している。また、小ドメイン１２ａと大ドメイン１２ｂの体積比は、部分的な変動が少なくほぼ均一な値とし、（小ドメイン１２ａ：大ドメイン１２ｂ）＝（５０：５０）としている。
【００４８】
本実施形態では、マトリクスとなるＥＰＤＭとポリアミド系熱可塑性樹脂の体積比は９８．０：２．０とし、相容化剤としてマレイン酸変性ポリマーを用いている。相容化剤はポリアミド系熱可塑性樹脂の重量の０．２５倍の重量で用いられ、リアクティブブレンド手法によりアロイ化され微分散させている。硬度は、ＪＩＳ６２５３のＡ型硬度計で測定した硬度が２６度である。
【００４９】
上記弾性部材１０より成形する紙送りローラ１は、以下の手法で作製している。 まず、ニーダーにより、油展ＥＰＤＭ中に相容化剤、老化防止剤等を練り込み、２０℃〜２５０℃の温度で、１分間〜２０分間混練を行う。その後、このゴム組成物を通例の方法によりペレット化し、ゴムマスターバッチのペレットを作製する。なお油展ＥＰＤＭ中のオイルとゴム分は重量比が１：１としている。
次にニーダーにより、油展ナイロン樹脂中に、相容化剤等を練り込み、１６０℃〜２８０℃の温度で、加熱しながら１分間〜２０分間混練を行う。その後、該熱可塑性樹脂組成物を通例の方法によりペレット化し、樹脂マスターバッチのペレットを作製する。
【００５０】
上記ゴムマスターバッチのペレット、樹脂マスターバッチのペレット、亜鉛華、老化防止剤、フィラー等の所要の添加剤を２軸押し出し機ＨＴＭ３８（アイベック（株）製）に投入し、１６０℃〜２８０℃の温度で加熱しながら１分間〜２０分間混練してゴムと樹脂をブレンドした後押し出す。次いでこの押し出した混練ゴムに過酸化物架橋剤を、オープンロールによって混練した後、１７０℃〜２３０℃で熱プレス成形する。その後、所要寸法にカットを行い、紙送りローラ１としている。
【００５１】
上記弾性部材１０より形成した紙送りローラ１は、マトリクス１１の表面露出部分が摩耗時に溝形成部分１１Ａとなり、ナノレベルの非常に微小な溝Ｍが摩耗時に摩耗面１０ａに形成されている。このため、摩擦係数低下の原因となる異物である紙粉Ｓａが溝Ｍに取り込まれ、紙Ｓとの摺接面となる摩耗面１０ａから異物である紙粉Ｓａを排除することができる。
また、マトリクス１１中にナノ分散化された樹脂１２が、摩耗時に摩擦係数維持部分１２Ａとされ、ナノレベルの非常に微小な突起Ｔが摩耗時に摩耗面１０ａに形成される。このため、突起Ｔが摩擦対象物に対して引っ掻き効果を発揮することとなり、摩擦対象物との接触面積を低減することなく、高い摩擦係数を実現することができる。紙送りローラが紙Ｓとの摺接を繰り返して摩耗しても、摩耗面１０ａには溝Ｍ及び突起Ｔが存在するため、摩擦係数の低下を抑制することができ、高摩擦係数を保持することができる。
このため、紙送りローラ１は、繰り返し使用した場合でも、高い搬送力と優れた耐久性を得ることができ、インクジェットプリンター、複写機等の画像形成装置の紙送りローラに好適に用いられる。
【００５２】
上記実施形態以外にも、エラストマーとしては、ＥＰＭ、ジエン系ゴム等の各種ゴム、あるいは、スチレン系、オレフィン系等の各種熱可塑性エラストマーを用いることもできる。また、ポリアミド系熱可塑性樹脂や相容化剤の配合種や配合量も適宜設定可能である。なお、樹脂架橋や硫黄架橋等により架橋しても良い。
【００５３】
以下、本発明の弾性部材を用いた紙送りローラの実施例１〜実施例３、比較例１〜４について詳述する。
本発明の紙送りローラは、下記の表１、２に記載の各配合材料を用い、上記実施形態と同様の方法により熱プレスにより成形した後、外径１９．７ｍｍ、内径１０ｍｍ、幅１０ｍｍにカットし、円筒形の紙送りローラを作製した。
【００５４】
【表１】

【００５５】
【表２】

【００５６】
表中の各配合の数値は重量部である。また、表中、ゴム１としては、１００％油展ＥＰＤＭ２００重量部（ゴム１００重量部＋オイル１００重量部）を使用した。ポリアミド系樹脂としては、油展ナイロン１１を使用した。
【００５７】
（実施例１〜実施例３）
実施例１〜３は、エラストマーからなるマトリクス中に、マトリクスよりも耐摩耗性を有する樹脂をナノ分散化し、マトリクスの表面露出部分が摩耗時に溝形成部分とされると共に樹脂は突起として残存して摩擦係数維持部分とされる構成とした。
具体的には、表１に示される様に、相容化剤と共に、マトリクスとなるエラストマーとして１００％油展ＥＰＤＭを、分散相となるポリアミド系熱可塑性樹脂としてポリアミド系熱可塑性樹脂である油展ナイロン１１を、上記体積比で使用した。
【００５８】
また、ポリアミド系熱可塑性樹脂の粒径の分布を以下に示す。いずれもリアクティブブレンドにより作製した。
実施例１は、小ドメイン：大ドメイン＝４０：６０とした。
実施例２は、小ドメイン：大ドメイン＝５０：５０とした。
実施例３は、小ドメイン：大ドメイン＝６０：４０とした。
【００５９】
（比較例１）
比較例１は、ポリアミド系熱可塑性樹脂を使用せず、実施例と同じ１００％油展ＥＰＤＭゴムのマトリクスのみとした。
（比較例２）
比較例２は、相容化剤を用いず、ポリアミド系熱可塑性樹脂を平均粒径１μｍ以上で分散させ、リアクティブブレンドしなかった。即ち、樹脂をナノ分散化しなかった。
【００６０】
実施例１〜３、比較例１，２の紙送りローラについて後述する方法により、ポリアミド系熱可塑性樹脂の粒子径、初期摩擦係数、３万枚通紙後の摩擦係数及び摩耗量、硬度及び圧縮永久歪みについての評価・測定を行った。結果は表１、２中に記載した。
【００６１】
（ポリアミド系熱可塑性樹脂の粒子径）
走査型プローブ顕微鏡ＳＰＭ（Scanning Probe Microscope）を用いて、実施例１〜３、比較例２の紙送りローラを観察し、材料のモルフォロジー及びポリアミド系熱可塑性樹脂の粒子径について評価した。また、実施例３について、０枚、１００００枚、２００００枚、３００００枚通紙後のローラの外周面の断面も観察した。実施例３の通紙枚数毎の摩耗面の断面写真を図３に示す。一辺の長さは５μｍである。実施例１〜３、比較例２の紙送りローラに用いたエラストマー材料のモルフォロジーを図４に示す。
【００６２】
（通紙後のローラ外周面の観察）
実施例３、比較例１について、２００００枚通紙後のローラの外周面を、走査型電子顕微鏡ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察した。観察写真を図５に示す。
【００６３】
（摩擦係数及び摩耗量の評価）
摩擦係数を図６に示す以下の方法で測定した。すなわち、紙送りローラ２１とプレート（分離シート）２３との間に、ロードセル２５に接続したＡ４サイズのＰＰＣ用紙（富士ゼロックスオフィスサプライ（株）製）２４をはさみ、図６中、黒矢印で示すように、紙送りローラ２１の回転軸２２に荷重Ｗ（Ｗ＝２５０ｇｆ）を加え、紙送りローラ２１をプレート２３に圧接させた。次いで、温度２２℃、湿度５５％の条件下で、上記紙送りローラ２１を図６中、実線の矢印ａで示す方向に、周速３００ｍｍ／秒で回転させ、通紙の前後において、図６中、白矢印で示す方向に発生した力Ｆ（ｇｆ）をロードセル２５によって測定した。そして、この測定値Ｆ（ｇｆ）と荷重Ｗ（２５０ｇｆ）とから、下記の式より摩擦係数μを求めた。この摩擦係数の測定は、通紙開始（初期摩擦係数）と３００００枚通紙終了後のそれぞれで行った。
また、３００００枚通紙終了前後の各紙送りローラの重量を測定することにより、摩耗量（ｍｇ）を求めた。
上記測定による３００００枚通紙後の摩擦係数の値は、１．７以上が優れており、１．５以上が適であり、１．５未満は不適である。
【００６４】
（数式１）
μ＝Ｆ（ｇｆ）／Ｗ（ｇｆ）
【００６５】
（硬度の測定）
上記紙送りローラの硬度をＪＩＳ６２５３のＡ型硬度計で測定した。
【００６６】
（圧縮永久歪みの測定）
紙送りローラの圧縮永久歪みをＪＩＳ−Ｋ６３０１の記載に従って測定した。数値単位は％とした。なお、圧縮永久歪みは０〜３０であるのが好ましい。
【００６７】
図３に示すように、実施例３は、通紙１００００枚、２００００枚、３００００枚の拡大写真において、いずれも摩耗面３０には、摩耗により局在化されたポリアミド系熱可塑性樹脂からなる微小な突起３２が残存し摩擦係数維持部分として点在していた。よって、紙との接触によりローラの外周面が摩耗し、通紙により、摩耗面３０であるローラの外周面に摩擦係数維持部分として突起３２が形成されていることが確認できた。
なお、図３及び図４中、橙色部がＥＰＤＭ相からなるマトリクスであり、黒色部がＰＡ１１相（ポリアミド系熱可塑性樹脂）からなる分散相である。
【００６８】
また、図４の各写真において、海島構造のモルフォロジーが観察され、島状のポリアミド系熱可塑性樹脂の粒子が、海状のＥＰＤＭからなるマトリクス中に微分散していた。写真中、大きい分散粒子は数１００ｎｍ程度であり、小さい分散粒子は数１０ｎｍ程度である。一辺の長さは１０μｍである。
実施例１〜実施例３は、ポリアミド系熱可塑性樹脂からなる粒子が、数十ｎｍサイズの小ドメインと数百ｎｍサイズの大ドメインの２種類混在するモルフォロジィーを有していた。比較例２は、ポリアミド系熱可塑性樹脂がナノ分散化されておらず、平均粒径が１０００ｎｍ以上と大きかった。
【００６９】
さらに、図５に示すように、実施例３は、摩耗面５０であるローラの外周面の溝形成部分に、摩耗面５０の摩耗による複数の微細な溝５１が形成されており、溝５１は摩擦時に紙から発生する微小な異物である紙粉５５を取り込める深さ及び幅であった。溝５１に紙粉５５が取り込まれ、摩耗面５０には紙粉５５が付着していなかった。よって、紙との擦動によりローラの外周面が摩耗し、摩耗面５０であるローラの外周面の溝形成部分に、通紙により、主に摩耗方向と略平行な溝５１が形成されていることが確認できた。
一方、比較例１は、摩耗面５０に溝が形成されておらず、紙粉５５が摩耗面の全体に付着していた。
【００７０】
詳細には、表１及び表２に示すように、実施例１〜実施例３の紙送りローラは、比較例１と比べて初期摩擦係数はより高い上に、いずれも通紙を繰り返すことにより、摩耗時に摩耗面に微細な溝と微小な突起が形成されたため、通紙後においても、比較例１、２に比べ、その高い摩擦係数が保持された。また、耐摩耗性及び圧縮永久歪みは同等であった。
【００７１】
一方、表２に示すように、比較例１、比較例２は、通紙により摩耗面であるローラの外周面に、微細な溝も微小な突起も形成されておらず、溝形成部分も摩擦係数維持部分も存在しなかったため、摩擦係数の低下を抑制できず、通紙前後の摩擦係数が不足し、紙送りローラとして不適であった。特に、比較例１は、ポリアミド系熱可塑性樹脂を用いなかったため、摩擦係数の低下が著しかった。また、比較例２は、通紙前後の摩擦係数が不足している上に、耐摩耗性及び圧縮永久歪みも悪く、紙送りローラとして不適であった。
【００７２】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、マトリクスの表面露出部分が摩耗時に溝形成部分とされると共に、マトリクスよりも耐摩耗性を有しナノ分散化された樹脂が突起として残存して摩擦係数維持部分とされる。このため、摩擦係数低下の原因となる異物が、摩耗時に溝形成部分に形成される溝に取り込まれ、紙等との接触面において紙粉等の異物を排除することができる。また、摩耗時に摩擦係数維持部分として形成される突起が搬送される紙等に対して引っ掻き効果を発揮する。よって、摩擦係数の低下を抑制することができ、また、紙等との接触面積を低減することもなく、長期に渡って、高摩擦係数を保持し耐久性を高めることができる。
【００７４】
さらに、本発明の紙送りローラは、摩擦係数が高く、かつ高摩擦係数を保持することができると共に、良好な柔軟性をも有しているため、搬送性や耐久性に優れており、画像形成装置の紙送り機構に好適に用いることができる。特に、薄い紙やフィルム等の搬送物をピックアップし分離しながら紙送りをする必要があるインジェクションプリンタ、レーザプリンタ、静電式複写機、普通紙ファクシミリ装置、ＡＴＭ等の画像形成装置の給紙機構における紙送りローラとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （Ａ）は本発明の実施形態の紙送りローラを示す斜視図、（Ｂ）は紙送りローラを給紙機構にセットした状態を示す概略図である。
【図２】 上記紙送りローラの２００００枚通紙後の摩耗面の拡大模式図であり、（Ａ）は摩耗面の表面状態を示し、（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は摩耗面の断面図である。
【図３】 実施例３の通紙枚数毎の摩耗面のＳＰＭによる断面写真である。
【図４】 ＳＰＭによるモルフォロジー観察写真である。
【図５】 実施例３、比較例１の２００００枚通紙後の摩耗表面のＳＥＭによる観察写真である。
【図６】 紙送りローラの摩擦係数を測定するための装置の概略図である。
【符号の説明】
１ 紙送りローラ
１０ 弾性部材
１０ａ 摩耗面
１１ マトリクス
１１Ａ 溝形成部分
１２ 樹脂
１２Ａ 摩擦係数維持部分
１２ａ 小ドメイン
１２ｂ 大ドメイン
Ｍ 溝
Ｔ 突起
Ｓ 紙
Ｓａ 紙粉（異物）

Claims (4)

1. エラストマーからなるマトリクス中に、該マトリクスよりも耐摩耗性を有する高極性ポリアミド系熱可塑性樹脂がナノ分散化され、
   上記エラストマーと上記樹脂との体積比（エラストマー：樹脂）が９９．９：０．１〜８７．５：１２．５とされ、
   上記マトリクスの表面露出部分は摩耗時に溝形成部分とされると共に上記樹脂は突起として残存して摩擦係数維持部分とされる構成よりなることを特徴とする画像形成装置に用いられる紙送りローラ。
2. 上記ナノ分散化される樹脂は、数十ｎｍサイズの小ドメインと数百ｎｍの大ドメインとの二種類からなる請求項１に記載の紙送りローラ。
3. 上記ポリアミド系熱可塑性樹脂としてナイロンが用いられていると共に、該ポリアミド系熱可塑性樹脂と上記エラストマーとの相溶化剤としてマレイン酸変性ポリマーが用いられている請求項１または請求項２に記載の紙送りローラ。
4. 硫黄架橋、過酸化物架橋あるいは樹脂架橋されている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の紙送りローラ。

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